一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi₂Zr₂O₇粉体的方法

一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi₂Zr₂O₇粉体的方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，属于材料制备技术领域。包括以下步骤：1)取Bi(NO3)3·5H2O和Zr(NO3)4·5H2O；2)用浓硝酸溶解Bi(NO3)3·5H2O，用去离子水溶解Zr(NO3)4·5H2O，然后将分别溶解得到的两种溶液混合，制得前驱液A；3)调节将前驱液A的pH值，充分搅拌均匀，得到沉淀液B，抽滤，制得白色沉淀C；4)将白色沉淀C干燥后，制得块体，将块体充分研磨，得到粉体D；5)将粉体D热处理，制得纳米Bi2Zr2O7粉体。该方法不仅工艺简单，操作方便，而且在沉淀过程中更易实现原子级均匀混合，有利于促进材料的低温合成，制备周期短，成本低，因此具有广阔的发展前景。经本发明方法能够制得尺寸均匀的Bi2Zr2O7纳米材料，且粒径小，结晶度好。
【专利说明】
一种采用沉淀煅烧法制备纳米B i 2Zr207粉体的方法
技术领域
[0001]本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法。
【背景技术】
[0002]锆酸铋(Bi2Zr2O7)属于烧绿石型金属复合氧化物。它是一类具有离子导电性、铁电铁磁、光催化性等多种性能的新型无机复合材料。[曾伟伟，肖彩梅，陈红霞.烧绿石型复合氧化物的制备及其光催化性能[J].化工中间体，2011，(4):32-35.]。典型的烧绿石型结构的通式为A2B2O7,(其中A、B分别为+3价和+4价阳离子)，属于立方面心晶系，属于Fd3m空间群，这种结构可以认为是由两种不同半径的阳离子(A3+、B4+)和1/8阴离子空位组成的萤石型结构[Erickson E E,Gray D,Taylor K,et al.Synthesis, structure and dielectriccharacterizat1n of Ln2Ti2-2xM2x07(Ln = Gd ,Er ；M=Zr, Sn, Si) [J].Materials ResearchBulletin，2002，37: 2077-2083]。作为烧绿石型复合氧化物，锆酸铋(Bi2Zr2O7)因其具有较宽的禁带宽度(2.59?2.9eV)，是一种具有发展潜力的可见光响应型光催化剂。
[0003]目前，烧绿石型复合材料的制备方法有气相法、固相法和液相法。而对于锆酸铋(Bi2Zr2O7)的研究还处于初级阶段，有关其制备方法，也鲜有报道。沉淀煅烧法属于固相法的一种。如Deyong Wu等[D.Wu，T.He，J.Xia,Y.Tan.Preparat1n and photocatalyticproperties of Bi2Zr207photocatalyst[J].Material Letters，156(2015):195-197.]以Bi(NO3)3.5H20和Zr(NO3)4.5H20为原料，第一阶段采用水热法，制得前驱体沉淀物，经洗涤、干燥、研磨，在600 °C条件下煅烧4小时，制得Bi2Zr2O7目标产物。但该方法制备过程复杂，耗能高，周期长。

【发明内容】

[0004]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，该方法操作过程简单，周期短，耗能低。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0006]一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，包括以下步骤:
[0007]I)按Bi (NO3)3.5H20:Zr(N03)4.5Η20= 1:1 的摩尔比，取Bi (NO3 )3.5Η20 和 Zr(NO3)4.5Η20；
[0008]2)用浓硝酸溶解Bi(NO3)3.5Η20，用去离子水溶解Zr(NO3)4.5Η20，然后将分别溶解得到的两种溶液混合，制得Bi3+浓度为0.025?0.05mol/L的前驱液Α;;
[0009]3)调节将前驱液A的pH值至4.0?10.0，充分搅拌均匀，得到沉淀液B，抽滤，制得白色沉淀C;
[0010]4)将白色沉淀C干燥后，制得块体，将块体充分研磨，得到粉体D;
[0011]5)将粉体D于500?800°C下，热处理2?10h，制得纳米Bi2Zr2O7粉体。
[0012]步骤2)是将前驱液A置于磁力搅拌器上，用浓氨水调节pH值，且调节过程中不断产生白色沉淀。
[0013]步骤2)充分搅拌均匀的时间为2?4h。
[0014]步骤4)所述干燥是将白色沉淀C置于恒温干燥箱中，在60?100°C下进行干燥。
[0015]步骤4)所述充分研磨，是将块体置于玛瑙研钵中，充分研磨5?20min。
[0016]步骤5)是将粉体D放入坩祸中，然后置于马弗炉中进行热处理。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0018]本发明采用沉淀煅烧法制备Bi2Zr2O7纳米材料，采用沉淀法通过加入相应的沉淀剂，可使两种沉淀缓慢均匀的从溶液中析出，再经过后期煅烧，获得尺寸均匀的目标产物。该方法不仅工艺简单，操作方便，而且在沉淀过程中更易实现原子级均匀混合，有利于促进材料的低温合成，制备周期短，成本低，因此具有广阔的发展前景。经本发明方法能够制得尺寸均匀的Bi2Zr2O7纳米材料，且粒径小，结晶度好。
【附图说明】
[0019]图1为本发明在实例3的条件下制得的Bi2Zr2O7的X射线衍射(XRD)图谱；
[0020]图2为本发明在实例3条件下所制备的Bi2Zr2O7纳米材料的扫描电镜(SEM)照片;其中，(a)为10万放大倍率下Bi2Zr2O7纳米材料的SEM图；(b)为18万放大倍率下Bi2Zr2O7纳米材料的SEM图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0022]实施例1
[0023]一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，包括以下步骤:
[0024]I)按摩尔比例Bi(NO3)3.5H20IZr(NO3)4.5H20= 1:1分别称取分析纯的Bi(NO3)3.5H20和Zr(NO3)4.5H20于烧杯中，用浓硝酸溶解Bi(NO3)3.5H20，用去离子水溶解Zr(NO3)4.5H20。分别搅拌一定的时间后将两者混合，配制Bi3+浓度为0.025mol/L的前驱液A。
[0025]2)将所得前驱液A置于磁力搅拌器上，缓慢滴加浓氨水调节其pH= 10.00，在调节过程中不断有白色沉淀产生，搅拌2h，使其充分混合均匀，获得沉淀液B。
[0026]3)利用抽滤的手段将沉淀液B中沉淀与杂质分离洗出，获得白色沉淀C。
[0027]4)将所得的白色沉淀C置于恒温干燥箱中，控制温度在60°C，干燥12h。将干燥后获得的块体置于玛瑙研钵中充分研磨lOmin，获得粉体D。
[0028]5)将获得的粉体D放入坩祸，置于马弗炉中，于500 °C温度下，热处理Sh，最终即可得到纳米尺寸的Bi2Zr207粉体。
[0029]实施例2
[0030]一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，包括以下步骤:
[0031]I)按摩尔比例Bi(NO3)3.5H20IZr(NO3)4.5H20= 1:1分别称取分析纯的Bi(NO3)3.5H20和Zr(NO3)4.5H20于烧杯中，用浓硝酸溶解Bi(NO3)3.5H20，用去离子水溶解Zr(NO3)4.5H20 ο分别搅拌一定的时间后将两者混合，配制Bi3+浓度为0.03mo 1/L的前驱液A。
[0032]2)将所得前驱液A置于磁力搅拌器上，缓慢滴加浓氨水调节其pH= 10.00，在调节过程中不断有白色沉淀产生，搅拌2h，使其充分混合均匀，获得沉淀液B。
[0033]3)利用抽滤的手段将沉淀液B中沉淀与杂质分离洗出，获得白色沉淀C。
[0034]4)将所得的白色沉淀C置于恒温干燥箱中，控制温度在70°C，干燥10h。将干燥后获得的块体置于玛瑙研钵中充分研磨15min，获得粉体D。
[0035]5)将获得的粉体D放入坩祸，置于马弗炉中，于600 °C温度下，热处理6h，最终即可得到纳米尺寸的Bi2Zr207粉体。
[0036]实施例3
[0037]一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，包括以下步骤:
[0038]I)按摩尔比例Bi(NO3)3.5H20IZr(NO3)4.5H20= 1:1分别称取分析纯的Bi(NO3)3.5H20和Zr(NO3)4.5H20于烧杯中，用浓硝酸溶解Bi(NO3)3.5H20，用去离子水溶解Zr(NO3)4.5H20 ο分别搅拌一定的时间后将两者混合，配制Bi3+浓度为0.05mo 1/L的前驱液A。
[0039]2)将所得前驱液A置于磁力搅拌器上，缓慢滴加浓氨水调节其pH=7.00，在调节过程中不断有白色沉淀产生，搅拌3h，使其充分混合均匀，获得沉淀液B。
[0040]3)利用抽滤的手段将沉淀液B中沉淀与杂质分离洗出，获得白色沉淀C。
[0041 ] 4)将所得的白色沉淀C置于恒温干燥箱中，控制温度在80°C，干燥8h。将干燥后获得的块体置于玛瑙研钵中充分研磨5min，获得粉体D。
[0042]5)将获得的粉体D放入坩祸，置于马弗炉中，于600°C温度下，热处理10h，最终即可得到纳米尺寸的Bi2Zr207粉体。
[0043]本实施例制得的Bi2Zr2O7纳米材料的X射线衍射(XRD)图谱参见图1，从图中可以看出，本发明在低温条件下可以制备出纯相的Bi2Zr2O7。
[0044]参见图2，其中，(a)为10万放大倍率下Bi2Zr2O7纳米材料的SEM图；(b)为18万放大倍率下Bi2Zr2O7纳米材料的SEM图。从图2可以看出，采用沉淀煅烧法制备Bi2Zr2O7颗粒尺寸在20?30nm之间。
[0045]实施例4
[0046]一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，包括以下步骤:
[0047]I)按摩尔比例Bi(NO3)3.5H20IZr(NO3)4.5H20= 1:1分别称取分析纯的Bi(NO3)3.5H20和Zr(NO3)4.5H20于烧杯中，用浓硝酸溶解Bi(NO3)3.5H20，用去离子水溶解Zr(NO3)4.5H20。分别搅拌一定的时间后将两者混合，配制Bi3+浓度为0.025mol/L的前驱液A。
[0048]2)将所得前驱液A置于磁力搅拌器上，缓慢滴加浓氨水调节其pH=7.00，在调节过程中不断有白色沉淀产生，搅拌3h，使其充分混合均匀，获得沉淀液B。
[0049]3)利用抽滤的手段将沉淀液B中沉淀与杂质分离洗出，获得白色沉淀C。
[0050]4)将所得的白色沉淀C置于恒温干燥箱中，控制温度在90°C，干燥7h。将干燥后获得的块体置于玛瑙研钵中充分研磨20min，获得粉体D。
[0051]5)将获得的粉体D放入坩祸，置于马弗炉中，于700°C温度下，热处理4h，最终即可得到纳米尺寸的Bi2Zr207粉体。
[0052]实施例5
[0053]一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，包括以下步骤:
[0054]I)按摩尔比例Bi(NO3)3.5H20IZr(NO3)4.5H20= 1:1分别称取分析纯的Bi(NO3)3.5H20和Zr(NO3)4.5H20于烧杯中，用浓硝酸溶解Bi(NO3)3.5H20，用去离子水溶解Zr(NO3)4.5H20 o分别搅拌一定的时间后将两者混合，配制Bi3+浓度为0.04mo 1/L的前驱液A。
[0055]2)将所得前驱液A置于磁力搅拌器上，缓慢滴加浓氨水调节其pH=4.00，在调节过程中不断有白色沉淀产生，搅拌4h，使其充分混合均匀，获得沉淀液B。
[0056]3)利用抽滤的手段将沉淀液B中沉淀与杂质分离洗出，获得白色沉淀C。
[0057]4)将所得的白色沉淀C置于恒温干燥箱中，控制温度在100°C，干燥5h。将干燥后获得的块体置于玛瑙研钵中充分研磨15min，获得粉体D。
[0058]5)将获得的粉体D放入坩祸，置于马弗炉中，于800°C温度下，热处理2h，最终即可得到纳米尺寸的Bi2Zr207粉体。
[0059]综上所述，本发明提供一种合成过程简单、周期较短、成本低的合成方法-沉淀煅烧法制备Bi2Zr207纳米材料。沉淀煅烧法制备纳米尺寸的Bi2Zr207粉体的优势在于:采用沉淀法通过加入相应的沉淀剂，可使两种沉淀缓慢均匀的从溶液中析出，再经过后期煅烧，获得尺寸均匀的目标产物。该方法不仅工艺简单，而且在沉淀过程中更易实现原子级均匀混合，有利于促进材料的低温合成。
【主权项】
1.一种采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)按Bi(NO3)3.5H20:Zr(N03)4.5H20= 1:1的摩尔比，取Bi(NO3)3.5H20和Zr(NO3)4.5H20； 2)用浓硝酸溶解Bi(NO3)3.5H20，用去离子水溶解Zr(NO3)4.5H20，然后将分别溶解得到的两种溶液混合，制得Bi3+浓度为0.025?0.05mol/L的前驱液A; 3)调节将前驱液A的pH值至4.0?10.0，充分搅拌均匀，得到沉淀液B，抽滤，制得白色沉淀C; 4)将白色沉淀C干燥后，制得块体，将块体充分研磨，得到粉体D; 5)将粉体D于500?800°C下，热处理2?1h，制得纳米Bi2Zr2O7粉体。2.根据权利要求1所述的采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，其特征在于，步骤2)是将前驱液A置于磁力搅拌器上，用浓氨水调节pH值，且调节过程中不断产生白色沉淀。3.根据权利要求1所述的采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，其特征在于，步骤2)充分搅拌均匀的时间为2?4h。4.根据权利要求1所述的采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，其特征在于，步骤4)所述干燥是将白色沉淀C置于恒温干燥箱中，在60?100 °C下，干燥5?12h。5.根据权利要求1所述的采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，其特征在于，步骤4)所述充分研磨，是将块体置于玛瑙研钵中，充分研磨5?20min。6.根据权利要求1所述的采用沉淀煅烧法制备纳米Bi2Zr2O7粉体的方法，其特征在于，步骤5)是将粉体D放入坩祸中，然后置于马弗炉中进行热处理。
【文档编号】C01G25/00GK105923650SQ201610247803
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】曹丽云, 罗艺佳, 周磊, 黄剑锋, 吴建鹏, 闫婧文, 李瑞梓
【申请人】陕西科技大学